DNA-datalagring kan låta futuristiskt, men det är i omedelbar horisont

0 Shares

Eftersom mängden data som genereras över hela världen fortsätter att expandera i en aggressiv takt letar forskare efter ultratäta och extremt hållbara lagringstekniker som kan rymma allt.

Exempelvis undersöker Microsoft möjligheten att använda lasrar för att etsa data i kvartsglas eller lagra information i hologramform inuti kristaller. Ny utveckling inom bandlagring, det nuvarande ledande valet för arkivanvändningsfall, är också lovande.

Särskilt ett nytt lagringsmedium verkar emellertid ha alla nödvändiga egenskaper: deoxiribonukleinsyra eller DNA. Forskare har funnit att ett enda gram DNA kan lagra 215 PB (220.000 TB) data.

För att ta reda på mer om arbetet med att göra DNA-lagring till en kommersiell verklighet talade TechRadar Pro med DNA Data Storage Alliance, som grundades förra året av Microsoft, Western Digital, Twist Bioscience och Ilumina.

Alliansen lanserades med målet att öka medvetenheten om den nya lagringstekniken och skapa en uppsättning standarder och specifikationer som industrin kan bygga på.

Vad är DNA-lagring och vilka utmaningar förväntas hantera?

DNA-datalagring är processen för kodning och avkodning av binär data till och från syntetiserade DNA-strängar (deoxiribonukleinsyra). DNA har flera unika egenskaper, inklusive densitet, det är i princip gratis att kopiera, koden kommer alltid att vara läsbar och ägarkostnaden över tiden kommer att bli mindre på grund av livslängden. Dessutom sparar det betydligt energikostnader jämfört med digital lagring idag.

Äldre lagringslösningar har skalats kraftigt genom åren, men areatätheten för magnetiska medier (HDD och tejp), som möjliggör dagens vanliga arkivlagringslösningar, avtar och biblioteksstorleken blir otålig. Kort sagt, datatillväxt övergår skalbarheten för dagens lagringslösningar. Branschen behöver ett nytt lagringsmedium som är mer tätt, hållbart, hållbart och kostnadseffektivt för att klara den förväntade framtida tillväxten av arkivdata.

Hur är det möjligt för digital information att översättas till ett biologiskt format (och tillbaka igen)?

Vilka typer av komplikationer kan uppstå här?

För att lagra data i DNA kodas de ursprungliga (binära) digitala data (mappas från 1 och 0 till sekvenser av DNA-baser, ACGT), skrivs sedan (syntetiseras med kemiska / biologiska processer) och lagras. När den lagrade informationen behövs igen läses DNA-molekylerna (sekvenseras för att avslöja varje enskild ACG eller T i ordning) och avkodas (mappas om från DNA-baser tillbaka till 1 och 0).

Det finns vissa farhågor om datainpassning som potentiellt kan introduceras av oligonukleotidsyntes (korta bitar av DNA) och sekvenseringsfel. Till skillnad från oligosyntes för vården, som måste vara perfekt, kan dock DNA-lagring tolerera fel på grund av de felkorrigeringsalgoritmer som vanligtvis används vid lagring idag. DNA-datalagringspionjärer arbetar redan med förbättring av kodnings- / felkorrigeringsalgoritmer som kommer att mildra denna risk och återställa data korrekt. Dessutom förblir kostnader, hastighet, logistik och andra utmaningar som hinder för datacenter att använda denna teknik.

DNA Data Storage Alliance bildades av Illumina, Microsoft Research, Twist Bioscience och Western Digital. Vårt uppdrag är att skapa och främja ett interoperabelt lagringsekosystem baserat på tillverkat DNA som ett datalagringsmedium. Vårt första mål är att utbilda allmänheten och öka medvetenheten om denna framväxande teknik. Dessutom kommer alliansen att överväga att skapa specifikationer och standarder (t.ex. kodning, fysiska gränssnitt, lagring, filsystem) när metoderna och verktygen för kommersiellt bärkraftig datalagring blir bättre förstått och mer allmänt tillgängliga för att främja framväxten av interoperabla DNA-datalagringsbaserade lösningar som kompletterar befintliga lagringshierarkier.

Vilken påverkan kan DNA-lagring ha på datacenterindustrin?

DNA är ett inneboende miljövänligt medium när det gäller kraft, rymd och hållbarhet förutom att avsevärt minska behovet av att migrera data med några års mellanrum. När det används som huvudarkivlagringsmedium vid ett datacenter, har det potential att ändra datacentrets storlek såväl som totala ägandekostnader och alternativt placera betydligt lägre bördor än äldre arkivlagringsteknologier på jordens resurser.

Vilka är de största hinder som DNA-lagring kommer att behöva övervinna?

DNA-syntes- och sekvenseringskostnader är fortfarande relativt höga, när man jämför med för närvarande använda arkivlagringsmedier såsom hårddisk eller tejp, och betydande kostnadsreduktion krävs för att DNA-datalagring ska kunna antas i stor skala. Dessutom kommer utbildning och förtroendeskapande för att förbereda marknaden för detta nya lagringsmedia också vara avgörande, varför DNA Data Storage Alliance bildades.

Vilka är de senaste FoU-innovationerna som leder DNA-lagring närmare verkligheten?

Kostnaderna fortsätter att minska på grund av miniatyrisering av DNA-syntesprocessen av Twist Bioscience. Andra företag strävar efter alternativa DNA-syntesmetoder, med båda metoderna som möjliggör massivt parallelliserad syntes och kostnadsminskningar. NGS-kostnader och genomströmning förbättras också kontinuerligt, vilket gör att DNA-datahämtning är mer lovande. Dessutom har kodning och avkodning av algoritmutveckling visat framgångar.

Vilken typ av tidslinje har vi att göra med?

DNA-datalagring kommer att finnas tillgänglig på medellång sikt. Det finns mer arbete att göra och mycket fart framåt för att göra det till verklighet. Tidiga antaganden av DNA-datalagring är sannolikt applikationer där de har skriv en gång, läs aldrig (WORN) eller skriv en gång, läs sällan om någonsin (värre) data. När tekniken utvecklas och får acceptans inom samhället kommer marknaden att expandera och utvecklas.

Vilka befintliga lagringstekniker är det mest troligt att DNA konkurrerar med?

Efterfrågan på långvarig datalagring i molnet når oöverträffade nivåer. Befintlig lagringsteknik ger inte en kostnadseffektiv lösning för lagring av data med lång livslängd. Att arbeta i sådana skalor i molnet kräver en grundläggande omprövning av hur vi bygger storskaliga lagringssystem, liksom de underliggande lagringsteknologier som ligger till grund för dem.

Finns det några andra nya lagringstekniker under utveckling som kan vara lika lovande?

Forskare undersöker en mängd olika tekniker för att stödja denna utveckling, inklusive lagring av data i syntetiskt DNA, kvartsglas och andra skalbara optiska system. DNA-datalagring är unik i dess egenskaper och egenskaper – man kan argumentera för att det möjliggör en ny lagring.

0 Shares